[發明專利]三維封裝的偏置印錄方法

在審

• 申請號: 201610926437.7
• 申請日: 2016-10-24
• 公開（公告）號: CN107977478A
• 公開（公告）日: 2018-05-01
• 發明（設計）人: 張國飆
• 申請（專利權）人: 杭州海存信息技術有限公司
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50;H01L27/112
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及集成電路存儲器領域，更確切地說，涉及掩膜編程只讀存儲器（mask-ROM）。

背景技術

三維掩膜編程只讀存儲器（3D-MPROM）是實現海量出版的理想媒介。美國專利5,835,396披露了一種3D-MPROM。如圖1所示，3D-MPROM是一種單片集成電路，它含有一半導體襯底0及一堆疊在襯底上的三維堆10。該三維堆10含有M（M≥2）個相互堆疊的存儲層（如10A、10B）。每個存儲層（如10A）含有多條頂地址線（如2a）、底地址線（如1a）和存儲元（如5aa）。每個存儲元存儲n（n≥1）位數據。存儲層（如16A、16B）通過接觸通道孔（如1av、1’av）與襯底0耦合。在襯底0中的襯底電路0X含有三維堆10的周邊電路。在本申請中，xMxn 3D-MPROM是指一個含有M（M≥2）個存儲層，且每個存儲元存儲n（n≥1）位的3D-MPROM。

3D-MPROM是一種基于二極管的交叉點存儲器。每個存儲元（如5aa）一般含有一個二極管3d。二極管可以廣義定義為任何具有如下特性的兩端口器件：當其所受電壓的大小小于讀電壓，或者其所受電壓的方向與讀電壓不同時，其電阻大于在讀電壓下的電阻。每個存儲層（如10A）還至少含有一層數據錄入膜（如6A）。數據錄入膜中的圖形為數據圖形，它代表其所存儲的數據。在圖1中，數據錄入膜6A是一層隔離介質3b，它阻擋頂地址線和底地址線之間的電流流動，并通過數據開口（如6ca）的存在與否來區別存儲元（如5ca）的不同狀態。

數據錄入膜中的圖形是通過圖形轉換得來的。圖形轉換，又稱為印錄（print），將圖形從一塊掩膜版轉換到一層集成電路的薄膜中。在以往技術中，不同存儲層中的數據圖形是由不同數據掩膜版印錄來的。圖2A-圖2B表示兩款以往技術使用的數據掩膜版4A、4B。每塊數據掩膜版（如4A）含有一個掩膜元陣列“aa”-“bd”。每個掩膜元處圖形的明或暗決定對應的存儲元處數據開口的存在與否。例如說，數據掩膜版4A上的掩膜開口4ca導致存儲層10A中存儲元5ca的數據開口6ca；數據掩膜版4B上的掩膜開口4’aa、4’da導致存儲層10B中存儲元5’aa、5’da的數據開口6’aa、6’da。

為了進一步提高存儲密度，3D-MPROM可以采用n（n>1）位元，即每個存儲元存儲n位數據。美國專利申請序列號12/785,621披露了一種采用多位元的3D-MPROM。如圖3所示，其存儲元（如5aa）是一個2位元，即它存儲兩個數碼位：第1和第2數碼位。其中，第1數碼位通過一次額外摻雜實現，而第2數碼位通過一層電阻膜實現。在本申請中，第j個數碼位表示一個n位元（存儲n個數碼位的存儲元，n≥j）中存儲的第j位。

在以往技術中，不同數碼位的數據圖形是由不同數據掩膜版印錄來的。圖4A-圖4B表示兩款以往技術使用的數據掩膜版4C、4D。每塊數據掩膜版（如4C）含有一個掩膜元陣列“aa”-“bd”。每個掩膜元處圖形的明或暗決定對應的存儲元處額外摻雜膜或電阻膜的存在與否。例如說，數據掩膜版4C上的掩膜開口4xa*導致形成存儲元5ca、5da中的額外摻雜膜3i；數據掩膜版4D上的掩膜開口4’ba*、4’da*導致清除存儲元5ba、5da中的電阻膜3r。

在以往技術中，由于每個存儲層和每個數碼位均需要一塊數據掩膜版，xMxn 3D-MPROM一般需要M×n塊數據掩膜版。在22nm節點，一塊數據掩膜版的成本為25萬美元，一套x8x2 3D-MPROM所需數據掩膜版（包括16塊數據掩膜版）的成本高達4百萬美元。如此高昂的數據掩膜版成本將極大地限制3D-MPROM的廣泛應用。

發明內容

本發明的主要目的是提供一種具有較低數據錄入成本的3D-MPROM。

本發明的另一目的是提供一種減少3D-MPROM所需數據掩膜版數目的方法。

根據這些以及別的目的，本發明提出一種三維偏置印錄存儲器（three-dimensional offset-printed memory，簡稱為3D-oP）。3D-oP是一種改進的3D-MPROM，它通過偏置印錄來錄入數據。為了實現偏置印錄，對應于不同存儲層/數碼位的掩膜圖形被合并到一多區域數據掩膜版上。在不同的印錄步驟中，晶圓相對于該多區域數據掩膜版的偏置量不同。因此，來自同一數據掩膜版的掩膜圖形被印錄到不同存儲層/數碼位的數據錄入膜中。偏置印錄可以減少存儲器所需數據掩膜版的數量，從而降低數據錄入成本。本發明中，掩膜版可以泛指任何印錄工藝采用的圖形承載裝置，包括模版。